基于无刷电机的工业缝纫机伺服系统研制

摘要

随着缝制业的不断发展，目前缝制机械技术已经全面进入机电一体化阶段。在不断追求缝制速度和缝制质量的前提下，结合实际情况研制了高速工业平缝机伺服控制系统。 本论文研究了高速工业缝纫机伺服控制系统的组成结构、控制方案和系统的硬软件设计等问题。在详细分析工业缝纫机的工作原理和伺服技术的基础上，提出了速度、电流和位置三闭环控制的方案。采用无刷直流电机作为系统的驱动部件，并详细介绍了无刷电机的组成原理和控制方法，利用MATLAB对无刷电机的控制系统进行了详细的仿真分析。论文还对控制律进行了讨论、分析、并接合实际情况，选用了分段双环的PI算法和迭代学习控制技术。对系统制动问题进行了重点讨论，提出能耗制动和反接制动相结合的方法。 硬件部分选用80C196MC单片机为核心控制器，利用单片机内部的波形发生器产生一路占空比可调的PWM波来控制电机的电压，采用硬件电路对无刷电机的换相进行控制，再加上由栅极驱动芯片IR21365为核心的功率驱动部分，以及实用的隔离抗干扰技术，从而实现了一套简单、可靠、高效的伺服系统硬件电路设计。 软件部分的设计主要采用C语言和汇编语言，利用模块化设计方法，设计了系统主程序、调速和电流控制、键盘和显示、制动以及各缝纫模式等程序模块。论文最后对系统的运行情况进行了测试。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1课题背景

1.1.1工业缝纫机的发展

1.1.2工业缝纫机的需求

1.1.3缝纫机伺服系统的现状

1.2工缝机的组成和功能概述

1.3论文研究的内容和结构

第二章工缝机伺服系统设计

2.1系统组成

2.2系统性能指标要求

2.3控制方案分析与总体设计

2.4伺服电机选择

2.5无刷直流电机的组成及工作原理

2.5.1无刷直流电机的组成

2.5.2无刷直流电机的基本工作原理

2.5.3电机位置传感器

2.5.4无刷电机的传递函数

第三章无刷直流电机伺服系统建模与仿真

3.1无刷直流电机的数学模型

3.2脉宽调速原理

3.3无刷直流电机控制系统仿真方案

3.4无刷直流电机本体模块建立

3.4.1三相绕组的模型建立

3.4.2反电势建模

3.4.3转速和转矩建模

3.5速度控制和电流控制模块

3.6换相控制模块

3.7系统整体仿真和结果分析

第四章系统三环调节的算法和原理

4.1数字PID算法

4.1.1位置式算法

4.1.2增量式算法

4.2迭代学习控制方法

4.2.1迭代学习控制原理

4.3速度环和电流环的控制算法和分析

4.4位置控制的研究

4.4.1直流电机的能耗制动

4.4.2直流电机的电压反接制动

4.4.3位置控制算法的研究和实现

第五章系统硬件电路的设计

5.1系统硬件概述

5.2系统主控电路

5.3电机转子位置译码电路

5.4功率驱动电路

5.4.1光电隔离电路

5.4.2整流滤波电路

5.4.3功率驱动电路

5.4.4能耗制动电路

5.5传感器电路

5.5.1机头传感器电路

5.5.2脚踏板传感器电路

5.6电磁阀控制电路

5.7电流电压测量电路

5.7.1电流测量电路

5.7.2电压测量电路

5.8键盘和显示电路

5.9系统硬件设计抗干扰技术

第六章系统软件设计

6.1系统软件总体结构

6.2系统初始化和主程序设计

6.2.1系统主程序设计

6.2.2系统初始化

6.3人机交互程序设计

6.3.1键盘处理程序

6.3.2错误处理程序

6.4电机控制程序设计

6.4.1速度调节和电流调节程序

6.4.2制动程序

6.5缝纫模式控制程序

6.5.1缝纫模式选择程序

6.5.2加固缝纫程序

6.5.3固定针数缝纫模式程序

6.5.4商标缝模式程序流程

6.6软件抗干扰技术

6.6.1数字量输入输出中的软件抗干扰

6.6.2程序执行时的软件抗干扰

第七章测试结果

7.1启动快速性的测试

7.2稳定性测试

7.3制动时间测试

7.4停位的准确性测试

小结

第八章总结与展望

参考文献

硕士期间完成的文章

致谢